电池容量检测论文（共8篇）
电池容量检测论文 篇1
锂离子动力电池在存储过程中会造成容量损失,容量损失又分为不可逆容量损失和可逆容量损失两部分。其中,不可逆容量损失是指在存储过程后重新测试容量值,无法恢复至原始容量的部分,一般情况下,该部分容量损失主要受电池正负极材料、配方、电解液性能、存储条件等因素影响;可逆容量损失是指在存储过程后重新测试容量值,能够恢复容量的部分,一般情况下,该部分容量损失主要受制造工艺、生产设备、金属屑、毛刺粉尘、隔膜性能等因素影响,如图1所示。
可逆容量损失是衡量磷酸铁锂电池自放电大小的一项重要性能指标,如果电池可逆容量较大,则电池内部潜在微短路风险,直接影响电池的安全性能。
目前比较准确的测量方法是:将电池充满电至100%Soc,在(25±3)℃环境下搁置28 d,然后测量电池的剩余电量,计算可逆容量损失数据的方法来评估电池自放电的大小。该检测方法需很长的时间,相对于研究电池性能是比较实际和准确的方法,但在正常生产过程中,由于测试时间过长,并且占用大量的生产场地,直接影响到生产和交货,严重影响电池企业的经济效益。
该文研究了一种快速磷酸铁锂电池容量损失检测工艺。通过在不同荷电状态下不同时间电压损失测试,根据容量损失特性,可简单、快速、准确的判断磷酸铁锂电池自放电性能,将可逆容量损失较大的电池剔除,确保了电池的安全性。
1 实验
1.1 原理研究
由于锂电池可逆容量测试是在开路状态下测试的,因此需要研究磷酸铁锂锂电池荷电状态(Soc)与开路电压(Ocv)的特性,发现电池0%~30%Soc区间,电池开路电压Ocv变化较大,30%~100%Soc区间,电池开路电压Ocv变化较小,荷电状态与开路电压关系图如图2所示。
1.2 实验方法
1.2.1 荷电状态确定
对Soc-Ocv关系图进行分析,发现Soc与Ocv并非毫无对应关系,在某个区间段内,存在线性关系,如图3所示,因此对不同的区间分别进行分析。
通过图3可以看出,在2%~8%Soc区间内,29 m Ah的容量损失对应电压降1 m V,在10%~25%Soc区间内,212 m Ah的容量损失对应电压降1 m V。在2%~8%Soc区间内,较小的容量损失就可以用电压降表示出来。如表1所示。
1.2.2 Ocv1测试确定
电池在充电时,由于极化的原因,会偏离平衡电动势,充电截止时,电压会以e的指数衰减至该Soc下的平衡电动势。
选取L135F型号锂电池,电池分容后采用去极化和正常测试流程两种工步,将电池荷电状态调整至6%Soc,每隔10 min采集一次电池开路电压数据,连续采集48 h。通过数据可以明显看出,去极化后的电池能够很快达到稳定状态,如图4所示,一般选取11~13 h测试Ocv1。
1.2.3 静置时间(△T)预测
将电池去极化后,用0.1C将电池荷电状态调整至6%,在(25±3)℃环境下,其中以0.5D测试的电压作为Ocv1,分别测试3D、4D、8D与28D的开路电压。计算对比每组试验电池测试电压差值与存储28D容量损失。
如图5所示,28D的容量损失与28D的电压降有很明显的线性关系。如图6所示,电池在6%荷电状态下,以28D的电压降为基准,试验证明4D内的电池开路电压降就可以区分出电池容量损失的大小,挑选出异常电池,更加符合现场生产的工艺执行。
2 实验验证
采用L135F型号电池,取10支电池,使用0.3C电池循环3次使电池体系稳定后,去极化工步,用0.1C电流将电池荷电状态调整至6%或15%,测试0.5D时的电压Ocv1,4D时的电压Ocv2,8D时的电压Ocv3,K0等于Ocv1减去Ocv2,K1等于Ocv1减去Ocv3,K值作为容量损失检测的判定标准。电池检测结束后将电池调整至满电100%Soc荷电状态,按照标准常温满电28D搁置,使用荷电保持率方法测试荷电保持率数据,以此作为判定试验方法准确与否的标准。
经过满电28D容量损失率验证,荷电状态6%的电池,K值作为检测标准,时间4 d即可将容量损失率较高电池挑选出,K值大于10 m V作为电池挑选标准。
经过满电28D容量损失率验证,荷电状态15%的电池,时间4天无法将异常电池挑选出,8D的测试时间可以将容量损失率较高电池挑出,K值大于8 m V作为电池挑选标准。
3 结语
该文研究了一种锂电池快速容量损失检测工艺,通过大量的数据测试及效果验证,试验证明电池在较低荷电状态时,测试准确率相对较高,而且测试周期较短,适合生产过程推广应用。出厂前通过该检测工艺,将潜在安全隐患的电池剔除,保证了电池的安全使用。
摘要：电池生产过程中,因为材料体系及加工工艺的原因,电池会存在不同程度的容量损失,容量损失较大的电池不仅影响正常使用而且会影响整个电池模块的安全性能。该文研究了一种快速磷酸铁锂电池容量损失检测工艺。通过研究锂电池不同荷电状态与开路电压的对应关系,容量损失与电压降的关系,不同荷电状态下不同时间电压降测试,研究了一种锂电池容量损失检测工艺,可通过简单快速的方法将容量损失较大的电池剔除,确保了电池的安全性。
关键词：磷酸铁锂电池,容量损失,检测技术
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电池容量检测论文 篇2
电力系统是一个动态平衡系统，发输变电与配用电必须时刻保持平衡。而风能是一种间歇性能源，且风速预测存在一定的误差，因此风电场不能提供持续稳定的功率，发电稳定性和连续性较差。在传统的电力系统中，任何微小扰动引起的动态不平衡功率都会导致机组间的振荡，大容量储能系统与风电机组结合，可以有效抑制或缓解风电的波动性，减小风电对电网的影响。而只要储能装置容量足够大而且响应速度足够快，就可以实现任何情况下系统功率的完全平衡，这是一种主动致稳电力系统的思想[1]。由于这种与储能技术相关的稳定控制装置不必和发电机的励磁系统共同作用，因此，可以方便地使用在系统中对于抑制振荡来说最有效的部位。同时，由于这种稳定控制装置所产生的控制量可直接作用于导致系统振荡的源头，对不平衡功率进行精确的补偿，可以较少甚至不考虑系统运行状态变化对控制装置控制效果的影响，因此装置的参数整定非常容易，对于系统运行状态变化的鲁棒性也非常好。 2 电池储能技术国内外发展现状
近年来，日本、美国以及欧洲等发达国家对电池储能技术投入较大，技术领先。日本在钠硫电池的研究与应用方面走在世界前列，日本碍子(NGK INSULATORS)从阿联酋阿布扎比水电局获得300 MW NAS电池系统和中央监控系统的订单。2009 年松下和松下电工与丹麦电力公司SEAS-NVE 共同启动旨在实现智能电网的实证实验。东芝于2010 年宣布接到冲绳电力2010 年秋季将在宫古岛开始的“离岛微型电网系统实证试验”相关设备的订单，将构建以蓄电池平衡功率变动剧烈的可再生能源负荷的新一代电力系统。三洋电机也在其“加西绿色能源园”导入了1.5 MW・;h 的锂离子电池，其他厂商也在积极参与电池储能项目。欧美方面，2001 年，加拿大VRB Power Systems 公司在南非建造了250 kW 的全钒液流储能电池示范系统，实现了全钒液流储能电池的商业化运营。VRB Power Systems 公司为澳大利亚Hydro Tasmania on KingIsland 公司建造的与风能发电配套的全钒液流储能电池于 年11 月完成，该系统储能容量为800 kW・;h，输出功率为250 kW。 年2 月，VRB Power Systems 公司又为castle Valley，Utah Pacific Corp 公司建造了输出功率250 kW，储能容量2 MW・;h 的全钒液流储能电池系统。 年底该公司开始为爱尔兰建设迄今为止国际上最大的额定输出功率2 MW(脉冲输出功率3 MW)，储能容量12 MW・;h 全钒液流储能电池系统。美国利用日本住友电气工业公司和VRB Power Systems 公司的技术，分别建立了2 MW 和6 MW的全钒液流储能电池示范运行系统。
英国的Innogy 公司2000 年8 月开始建造第一座商业规模的发电储能调峰演示电厂，它与一座680 MW燃气轮机发电场配套，该电能存储系统储能容量为120 MW・;h，可满足10 000 户家庭一整天的用电需求。
德国EVONIK 工业股份公司宣布将联合戴姆勒汽车公司等研发机构共同开发适用于风能和太阳能发电的大容量、低成本储存的锂离子电池电站，先期计划在德国西部的萨尔州建造一个功率为1 MW 的储能装置。在大规模电池储能装置技术方面，我国起步较晚，与国外发达国家还有较大差距，主要表现在：一是设备容量规模还较小;二是设备的寿命短、利用效率低;三是设备的智能化水平薄弱。在储能应用方面我国距国外先进水平差距也很大，国外已经有数十套储能电站投入运行，国内还没有大容量电池储能装置的示范工程投入运行。
目前，我国电池储能的应用规模还很小，但随着国家能源政策的调整和节能环保政策逐步落实，其应用规模预计也将逐步扩大。上海市电力公司已经建设包括漕溪站、前卫站、白银站三个储能示范电站，电力调度中心可以直接通过电网储能管理系统对分布于各地的储能站实施统一调度与远程监控。BYD 在深圳龙岗建立了一座1 MW(4 MW・;h)储能电站。 国家电网所属的新源控股有限公司与张家口市张北县开发建设全国第一个风光储能综合示范
项目，该项目总规模为风电500 MW，光电100 MW，储能70 MW。张北风光储项目是世界上规模最大的风光储三位一体示范工程，但是还没有进入投运，目前已经完成了一期工程方案设计，正在进行一期建设工作。
3 快速发展的风电对储能技术的要求
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量就有约2.53 亿kW。近几年来，中国的并网风电迅速发展。截至2007 年底全国累计装机约600 万kW。 年12 月，中国风电装机总量已经超过1 000 万kW，位居世界第五，截至 年3月中旬，我国风电累计装机容量达4 450 万kW，风电建设的规模居全球之首。这也意味着中国已进入可再生能源大国行列。中国风力等新能源发电行业的发展前景十分广阔，预计未来很长一段时间都将保持高速发展，同时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。
在我国风电在建规模高居世界第一的同时，风电并网问题却始终制约着我国风电的健康发展。有数据显示，我国风电装机累计并网3 107 万kW，但仍然有近三成风电没有并网这是由于风能随机性和间歇性的特点，造成风电机组的出力频繁波动，从而风电场的出力可靠性也差，风电比重过大，会使电网的调频、调峰压力加大，以及电网长距离送电的技术要求和运行成本急剧增大。因此，风电场大规模的并网接入对电力系统的运行也带来一些新问题：
1)风电的随机性及不可控性给电力系统规划和稳定运行带来新的挑战;
2)风电功率的.波动特性与电网负荷的波动特性难以一致，使电网的调峰问题更加突出，对调峰容量和响应速度都提出了更高的要求;
3)由于风速变化，风电机组容易引起电网电压和功率波动问题，以及由其带来的无功电压控制和电能质量问题。
风电具有间歇性和波动性与电力系统需要实时平衡之间矛盾，使得并网风电的波动需要通过常规电源的调节和储能系统来平衡，成为长期困扰风电并网的主要难题。而蓄水储能电站由于地理上的局限，不具有普遍的可获得性，因此，引入可普遍应用的大容量电池储能装置与风电场结合弥补风力发电的波动给电网带来的各类影响是一种合适的技术选择[8]。通过储能系统与风电系统的协调，不仅有效减小风电对系统的冲击和影响，提高风电出力与预测的一致性，保障电源电力供应的可信度，还降低电力系统的备用容量，提高电力系统运行的经济性，同时提高电力系统接纳风电的能力。
4 国内外对风电并网的要求
越来越多的大中型风电场相继建成并投入运行，当风电所占比例逐渐增大后而风电场的功率波动会影响当地电网的电能质量，产生电压波动与闪变。对局部电网将产生明显冲击，严重时会引发严重事故[9，10]。各国风电场并网技术规定都对风电场的有功功率变化提出了要求，如：
1)Eltra 和Eltra&Elkraft 要求并网风电场l min 的输出功率变化小于等于风电场最大功率的5%。风电场能够通过控制系统保证在2 s 内降到额定功率的20%以下，Eltra&Elkraf 要求风电场每分钟的功率变化率在10%～100%内可调;
2)而E.ON 和ESBNG 要求风电场输出功率在任何时间内都小于它的注册容量。E.ON 要求每分钟功率降低最少要占额定容量的10%，ESBNG 要求15 min 功率变化与风电场的规模有关，小于100 MW 的风电场每分钟功率变化小于5%，小于200 MW 的风电场每分钟功率变化小于额定容量的4%，大于200 MW的风电场每分钟功率变化小于额定容量的2%;
3)苏格兰并网技术规定要求风电场输出功率在合理的时间内可以超出额定功率;
4)中国国家电网公司规定了风电场1 min 和10 min 的功率变化率，变化率与风电场的装机容量有关，如小于30 MW 的风电场10 min 最大变化量为20 MW，1 min 最大变化量为6 MW;
5)Scottish 要求风电场起停要满足电压质量的要求，Scottish 还要求风电场起停满足最大
功率变化的要求，而且不多于25%的额定容量可以跳开，并在30 min 内分阶段逐步退出。 5 大容量电池储能技术对风电的平稳作用
显然实现有功功率最重要的调节手段是储能，大功率、大容量的储能系统能够平抑风电的波动性和间歇性。储能系统的容量达到一定规模时，将储能系统与风电机组结合，可以有效抑制或缓解风电的波动性，减小风电对电网的影响[11，12]。大容量电池储能技术在风电并网中能够实现如下功能：
1)平滑机组输出：将电池储能系统与风力发电机组相结合，在快速风速扰动下平滑风电场输出，减少风电场输出波动对电网的影响，降低风电波动对电网的冲击。
2)提高风电输出与预测的一致性：以储能作为配合来调整输出，根据风电场预测的出力曲线优化出力，提高风电输出可信度。
3)提高调度能力：采用储能系统则可以控制风力发电输出的有功功率和无功功率，用于电力调峰，使风力发电单元作为调度机组单元运行，而且具备向电力系统提供频率控制、快速功率响应等辅助服务的能力。
4)峰值转移：利用大功率大容量储能系统可以将不稳定的风能电力收集起来并在适当的时候将其平稳释放，转移峰值，降低对电网冲击;
5)保证风力发电系统持续可靠地供电：当环境因素或外部条件变化较快，风力发电系统不能稳定地输出电能时，储能系统中存储的能量可以产生一定的能量和功率支撑作用，保证对负载持续、稳定地供电。
6)系统运行可靠性及冗余度大大提高：多台容量较小的并网逆变器的并联群控运行，使得系统可以根据各种新能源发电的特点，启动不同数量的并网逆变器进行控制，这样就可以实现系统的发电效率最优，进一步提高系统可靠性和冗余度也将大大提高。
7)使风力发电具有可调度性：单纯的新能源发电系统受环境因素的影响较大，因此，无法制订特定的发电规划。如果配置能量储存装置，就可以在特定的时间提供所需的电能，而不必考虑此时发电单元的发电功率，新能源发
大容量电池储能技术在风电中的应用电系统可以与电网连接，实现向电网的馈电，并可以提供削峰、紧急功率支持等服务。只需按照预先制定的发电规划进行发电。储能装置的容量越大，系统的调度就更加自由，就可以获取更多的经济利益，但需要的投资也就越大，关键在于找到最佳经济平衡点。
6 结论
浅析动力电池的充放电及容量检测 篇3
据有关部门估计, 几十年后石油将耗尽, 用什么能源来代替石油驱动汽车成为人们研究的课题。现在正在研究和使用的是电动汽车, 即它的动力主要来自于电池。在过去, 电动汽车主要用铅酸蓄电池, 铅酸蓄电池的维护及测试技术已经比较成熟, 但随着磷酸铁锂动力电池的出现, 铅酸蓄电池的缺点逐渐暴露出来。磷酸铁锂电池具有超长寿命、使用安全、耐高温、大容量、绿色环保等优点, 适用于各类电动汽车。但磷酸铁锂动力电池和其它电池一样, 如果使用不当也会缩短电池的使用寿命。为了估算动力电池在使用一段时间后尚能提供电能的时间, 就必须对电池进行剩余容量测试。另外, 动力电池的价格昂贵, 如何正确使用动力电池以及延长动力电池的使用寿命十分重要。所以我们有必要对动力电池进行充放电和容量测试进行研究。
2、动力电池的充电分析
动力电池和其它蓄电池一样, 充电方式有很多种。比如恒流充电, 恒压充电, 恒流-恒压充电, 根据理想的充电电流曲线充电, 脉冲技术充电等。
2.1恒流充电
恒流充电是指电池在充电时, 采用恒流的方法进行充电, 该电流的大小可以通过充电装置来进行调整, 这种充电方法的主要特点是有较大的适应性, 可以任意选择和调整充电电流, 因此可以对各种不同情况及状态的电池充电。但该充电方法的主要缺点是开始阶段的充电电流小, 在充电后期充电电流又过大, 所以整个充电过程时间长, 能耗大, 还需要专人管理。恒流充电的变型是分段恒流充电, 即在充电时为避免充电后期电流过大, 及时分段减少充电电流, 这里不作具体介绍。
2.2恒压充电
恒压充电是指每只单体电池均以某一恒定电压进行充电。其主要特点是:充电初期电流相当大, 随着充电的延续, 充电电流逐渐减小, 在充电终期只有很小的电流通过, 这种充电方法与恒流充电比, 充电时间短、能耗低, 一般在数小时后电池就能获得本身容量的90%以上, 且充电过程不需要人照管。在实际的应用中, 充电时间还是过长, 需要更好更快的充电方法。
2.3恒流-恒压充电
目前用得比较多的还是恒流-恒压充电, 就是开始采用恒流充电, 恒流充电直至电池的端电压达到恒压充电电压, 然后再改为恒压充电到电池充满为止, 是否充满则需要检测充电电流是否减少到充电终止电流, 充电特性如图1。
2.4智能充电
智能充电是目前比较先进的充电方法, 其原理是在整个充电过程中动态跟踪蓄电池可接受的充电电流。应用du/dt技术, 即充电电源根据电池的充电状态自动确定充电工艺参数, 使充电电流自始至终保持在电池可接受的充电电池曲线附近, 保持电池在很少的气体析出的状态下充电, 从而保护电池。
智能充电方法适用于对各种状态、类型的电池充电, 安全、可靠、省时和节能。其充电电流曲线如图2所示。但电池用了一段时间后, 电池内部结构会发生变化, 使得可接收的理想充电电流曲线也会变化, 所以在使用此方法充电时需要注意。
3、动力电池的放电分析
动力电池以恒流进行连续放电, 其电压会随着放电而降低。电池有一个终止放电电压, 电池的电压达到终止放电电压就不能再放电了, 如果超过终止放电电压还在继续放电, 那么就会影响电池的使用寿命了。所以放电的过程中要注意终止放电电压的检测。但电池放电过程中, 电池的压降受放电电流大小的影响, 当放电电流比较大时, 放电电压达到终止放电电压, 此时电池的剩余容量还很多, 还可以继续放电。相反, 如果以很小的电流放电时, 当放电电压达到终止放电电压时, 电池的剩余容量已经很少了, 这时电池已经受到损害。
另外, 动力电池在实际使用的过程中并不是恒流放电, 电压的变化很大。所以在动力电池使用过程中, 什么时候停止放电要根据电池的剩余容量、终止电压等参数综合分析。
4、动力电池的容量检测分析
剩余容量SOC是动力电池管理系统中的重要环节, 只有准确知道电池的剩余容量, 才能更好的使用电池。目前有很多学者正在研究动力电池的剩余容量预测, 并取得了很大的成绩。
目前剩余容量检测的方法有以下几种:内阻法、开路电压法、恒流电压法、密度法、线性模型法、模糊推理和神经网络法等。各种检测方法各有优缺点, 目前研究比较多的是模糊推理法、神经网络法, 或者是几种方法的混合使用。下面简单的介绍几种剩余容量检测方法。
4.1内阻法
在电池放电的过程中, 电池的内阻会增大, 即电池的剩余容量与电池的内阻有一定的联系。于是可以利用电池内阻与剩余容量的关系来预测电池的剩余容量。
电池内阻测量一般有直流法和交流法两种, 目前采用交流测量内阻的比较多。交流法测量电池内阻时, 将一个交流测试信号加在电池上, 然后测量流过电池的电流和该电流在电池两端产生的交流电压降, 由此可导出阻抗。由于交流信号频率一般都选择得可以忽略电容的影响, 测得的数据实际上就是电阻。交流法的缺点是易受充电器纹波和其它噪声的影响。随着科学技术的迅速发展, 计算机技术、数字技术的采用, 从根本上解决了交流法测量电池内阻受干扰的问题。找出内阻与剩余容量的关系后, 就可以根据电池的内阻对电池的剩余容量进行预测了。
4.2开路电压法
实际测量中容易测量的参数就是开路电压、电流、温度等参数。在电池的使用过程中, 电池的开路电压会随之下降, 如果能找出开路电压与电池剩余容量的关系, 那么就可以用开路电压来预测电池的剩余容量。已经有很多学者从事这方面的研究, 并取得了很好的效果。
4.3神经网络法
利用人工神经网络方法来预测电池剩余容量的研究比较多, 并取得了比较好的效果。径向基函数 (R B F) 神经网络由三层组成, 输入层节点只传递输入信号到隐层, 隐层节点由像高斯函数那样的辐射状函数构成, 而输出层节点通常是简单的线性函数。隐层节点中的作用函数对输入信号将在局部产生响应, 当输入信号靠近作用函数的中央范围时, 隐层节点将产生较大的输出, 这种网络具有局部逼近能力, 且在逼近能力、分类能力和学习速度等方面均优于BP网络。所以有很多学者采用RBF神经网络来预测电池剩余容量, 预测的精度都比较高。
蓄电池容量与外部参数之间呈现非线性关系, 支持向量机 (S V M) 的回归算法可以实现较好的非线性函数逼近。利用支持向量机回归算法建立预测模型, 以十分钟内的蓄电池电压、电流和温度作为输入量进行容量预测。这种方法经过实验, 预测的精度也比较高。
另外还有很多方法预测电池的剩余容量, 如采用模糊控制, 安时法, 卡尔曼滤波法, 或者几种方法相结合的预测方法, 采用什么方法要根据具体的电池和要求来选用。
5、结束语
以上我们主要介绍了动力电池充电的方法以及动力电池容量检测的方法。随着科研工作者的深入研究, 动力电池的充电技术在不断改进, 电池剩余容量的预测也在不断的深入研究。相信能找出动力电池最佳的充电方式, 今后电动汽车也会像现在的加油站一下, 司机能在十来分钟就能充满动力电池。
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阀控式铅酸蓄电池容量计算 篇4
蓄电池是地铁车辆辅助系统中重要设备, 主要作用如下:
1) 列车在运行启动前, 为列车激活升弓电路、司机室与客室照明电路等提供110 V直流电源, 保证列车激活升弓并投入工作;
2) 列车在无网压时, 蓄电池的容量能够给列车紧急照明、外部照明、紧急通风、车载安全设备、广播、部分显示屏、通讯系统等提供紧急电源。维持规定的紧急供电时间, 满足乘客安全逃生与供电需求。
3) 地铁车辆正常运行过程中, 对110 V控制电源起滤波作用, 以降低控制电源的纹波系数, 提高控制电源的质量。
若蓄电池容量选择过低, 可能造成系统在紧急状态下不满足负载要求;若蓄电池容量选择较大, 可靠性得以提高, 但是, 对车载铁路专用型蓄电池来说, 会大大増加车载的重量和体积, 增加了设计的难度。因而以准确的方法计算蓄电池的容量对于地铁建设和运营维护具有非常重要的意义。
目前地铁车辆使用的蓄电池主要分镉镍碱性蓄电池和阀控式铅酸蓄电池。阀控式铅酸蓄电池由于比能量高、常温放电性能平稳、少维护 (终生免换液) 、无记忆效应、不漏液 (塑料外壳) 、一次性价格低等特点[1], 在地铁车辆上应用广泛。本文结合长沙2号线地铁项目介绍阀控式铅酸蓄电池容量计算过程。
2 蓄电池容量计算
蓄电池容量计算主要取决于列车在紧急工况下, 紧急负载功率和供电时间, 再结合蓄电池自身低温修正系数及放电深度等因素, 最后对计算结果进行修正。
2.1 紧急负载功率
每列车配有2套DC110V蓄电池组, 每套蓄电池组的所有蓄电池单体串联起来给直流负载供电。当接触网电压不可用或者充电机发生故障时, 蓄电池可向紧急负载提供110V直流供电。
长沙地铁2号线紧急负载如表1所示。
2.2 蓄电池理论容量
列车需消耗的理论蓄电池容量
式中, P为整列车紧急负载功率, U为蓄电池的放电电压, T为应急放电时间。
阀控式铅酸蓄电池单节浮充电压为:2.25~2.29 V, 取2.27 V;DC110 V系统电压范围:77~137.5 V, 根据经验DC110 V系统电压取值118 V。因此, 所需蓄电池节数为:
根据蓄电池5 h率容量放电曲线, 单节蓄电池放电终止电压为1.75 V, 长沙2号线蓄电池欠压值设定[2]为1.75 V×52=91 V。初始放电时单节蓄电池的电压为2 V, 负载条件下单节蓄电池电压取平均值 (1.75+2) /2=1.875 V;整组蓄电池的放电电压为U=97.5 V。
根据地铁车辆供电要求, T=45 min, C0=144.27 Ah。
2.3 蓄电池容量修正
蓄电池的容量是指在满足紧急负载要求的同时, 还应该考虑到的影响蓄电池特性 (电化学特性) 的因子。
1) 考虑蓄电池充电效率系数k1, 取k1为0.95。
2) 蓄电池温度系数k2, 一般蓄电池的设计寿命和放电特性都与其温度有关。当温度每增加10℃, 其化学反应速度加快一倍。当温度高时, 蓄电池的容量很足, 但其寿命减短。反之, 当温度低时, 蓄电池的容量不足, 其寿命相对延长。因此, 在低温环境下, 蓄电池的温度系数直接影响蓄电池在实际应用中, 是否还满足负载要求。长沙最低气温为-12℃, 如图1, 取k2为0.78。
3) 老化系数k3:蓄电池的寿命是有限的, 为保证蓄电池在整个车辆使用过程中性能不变, 对蓄电池加以不同的老化系数。阀控式铅酸蓄电池老化系数k3取0.8 (按蓄电池使用寿命为10年, 寿命期后蓄电池容量为80%) 。
4) 45 min紧急负载下大电流放电倍率系数k4:依据放电特性曲线, 常温下以1.1C5放电至终止电压1.75 V, 放出额定容量的89%, 故k4取0.89。
列车蓄电池的容量:
考虑列车扩容需要提供15%的额外冗余, 则列车蓄电池容量应为:
每列车配有2套DC110V蓄电池组, 参考蓄电池产品系列, 每组选用160 Ah中倍率蓄电池。
2.4 蓄电池容量验算
紧急负载下每组蓄电池放电电流为:
紧急工况下, 蓄电池的放电倍率为:96.18 A/ (160 Ah×0.95×0.76×0.8) =1.04C5, 取1.1C5。依据放电特性曲线 (见图2) , 蓄电池以1.1C5放电至终止电压1.75 V, 可持续放电49 min, 满足紧急负载45 min放电要求。
3 结语
本文简要介绍了地铁车辆蓄电池的功能, 以长沙地铁2号线的蓄电池选型为例, 描述了容量计算过程中的计算步骤, 通过对阀控式铅酸蓄电池组温度系数、充电效率和老化效率等参数的分析, 选取合适的蓄电池组。通过以上方法选取的阀控式铅酸蓄电池已在长沙地铁2号线车辆上运行, 情况良好。
参考文献
电池容量检测论文 篇5
关键词：海洋平台,蓄电池,容量计算
海洋平台一般离陆地较远，有自身独立的电站及配电系统，当平台自身电力系统发生故障或平台黑启动时，蓄电池是支持平台重要设备运行的唯一后备电源。
同时，海洋平台上生产流程、油气处理系统和消防系统等的所有数据和信息都是由中央控制系统和火气控制系统来控制、处理、分析和储存，如果这些设备在运行的过程中突然停电的话，中央控制系统和火气控制系统存储的数据和信息就会丢失，更严重的是，正在生产的海上油气田将会处于严重的失控状态或发生重大事故。
由此可见，蓄电池是海上平台电力系统中的重要组成部分，正确合理的进行蓄电池选型设计对海洋平台安全运行具有重要意义。
1 蓄电池的选型
海洋平台常用的蓄电池包括铅酸蓄电池和镍镉蓄电池两类，其中常用的铅酸蓄电池为阀控式密封铅酸蓄电池(VRLA)，常用的镍镉蓄电池有袋式极板和烧结极板镍镉电池，纤维极板镍镉电池(FNC)偶有应用。
1)阀控式密封铅酸蓄电池(VRLA)：蓄电池正常使用时保持气密和液密状态，当内部气压超过预订值时，安全阀自动开启，释放气体，当内部气压降低后安全阀自动闭合，同时防止外部空气进入蓄电池内部，使其密封。蓄电池在使用寿命期限内无需补加电解液。
2)袋式极板镍镉蓄电池是目前最成熟的镍镉电池。其结构坚固，能承受过充、反极及短路等滥用和基本不需维护的优点。袋式极板电池的极板分成三种厚度，高倍率设计采用薄极板，适用于高放电率;低倍率设计采用厚极板，适用于长时间放电;中等倍率采用中等厚度的极板，适用于在中放电率下较长时间放电。
3)烧结极板镍镉蓄电池：烧结式极板由很薄的有微孔的金属板构成，将镍薄片烧结在上面，在镍薄片与镍薄片之间的空间注入且填满活性物质。这种设计确保了活性物质和传导结构的良好接触，并且因为这些电极是非常薄的，它们可以在容量一定的情况下产生一种很高的电极表面，形成很好地大电流放电特性。烧结式电池适用于高功率型应用，如发动机启动。
4)纤维极板镍镉电池(FNC)：它的核心是三维镀镍纤维矩阵结构极板，增加了活性物质载入量和利用率，其极大的允许弹性也使其能达到很长的循环使用寿命。改善了低温性能，降低了充电系数，显著提高了功率性能，在海洋平台低温环境中得到了应用。
铅酸蓄电池在海洋平台作为UPS系统后备电源和柴油机启动电源已经应用多年，可靠性较高，价格低廉，容量可选择较大。但铅酸蓄电池也存在一些明显的缺点：
寿命较短(5年～10年);温度性能差，温度相对基准温度(20℃)降低时，放电能力迅速下降;自放电电流较大，在室温20℃时，电池贮存一个月容量下降30%;浮充电流也较大，当浮充电压为(2.15～2.25) V时，浮充电流为(5～10) mA/AH。自放电电流较大，是引起蓄电池运行复杂化的一个主要原因。
镉镍蓄电池的正极板是镍的氧化物(Nio H)，负极板为镉(Cd)，电解液为氢氧化钾(KOH)，正负极板之间的隔离物用热塑性塑料注射成栅状板。镉镍蓄电池体积小，工作电压平稳，运行维护简便;镉镍蓄电池的使用寿命长，可达15～20年，比铅酸蓄电池寿命长2～3倍;镉镍蓄电池自放电小，室温20℃时，贮存一个月，自放电容量损失11%～18%，浮充电运行时，浮充电压为(1.45～1.55) V时，浮充电流为(0.5～3) mA/AH，比铅酸蓄电池小很多，同时对过充电和过放电有较好的承受能力;另外镍镉电池受温度影响较小，低温和高温承受能力出色。但镍镉电池价格相对铅酸电池较高。
渤海海域建议使用纤维极板镍镉电池，提高低温下容量，降低电池间保温设计难度;气温较暖的东海和南海海域可以使用铅酸电池，但温度应控制在20摄氏度正负5度。镍镉电池可以在各海域广泛使用，但镍镉蓄电池按放电特性分低倍率、中倍率、高倍率三种，对于不同性质的负载，需选择合适放电特性的电池，对于海洋平台，导航系统应选用低倍率镍镉电池，UPS系统应选用中倍率镍镉电池，柴油机启动电池应选用高倍率镍镉电池。
2 蓄电池容量计算依据的标准
国外电池容量计算标准主要有“IEEEStd 485-1997 Recommended Practice for Sizing Lead-Acid Batteries for Stationary Applications”(适用于铅酸蓄电池)和“IEEE Std 1115-2000 IEEE Recommended Practice for Sizing Nickel-Cadmium Batteries for StationaryApplications”(适用于镍镉蓄电池)。
国内电池容量计算标准主要是“DL/T5044-2004电力工程直流系统设计技术规程”，其规范性引用文件为现行国家和行业有关标准，没有提到是否依据或等同于国际、国外标准。
3 IEEE电池容量计算标准
3.1 电池数量选择和电池终止放电电压确定
IEEE485和IEEE1115标准对电池数量选择从防止充电电压超过电池最大允许充电电压角度出发，然后根据系统最小电压计算出电池终止放电电压，计算公式如下：
3.2 蓄电池容量计算方法
IEEE标准对于铅酸蓄电池和镍镉蓄电池计算方法总体上是一致的，典型负荷-时间阶梯曲线如下图所示：
对于镍镉蓄电池容量计算公式如下：
所计算的最大容量即为应选蓄电池容量：
其中
F为电池容量;
AP为阶梯P的放电电流;
t为所计算阶梯持续时间;
Kt为蓄电池放电容量系数;
Tt为温度系数。
另外，如果有随机负荷，应单独计算出随机负荷需要的电池容量再与上面公式计算的结果叠加。
IEEE标准中提供了标准电池容量计算表格，计算时可根据负荷-时间曲线逐项填入，可方便计算出需要的电池容量。
4 DL/T5044-2004电池容量计算标准
4.1 电池数量选择和电池终止放电电压确定
根据DL/T5044-2004第7.1.1条规定，应根据单体电池正常浮充电压值和直流母线电压为1.05倍直流系统标称电压值来确定。计算公式如下：
单体蓄电池放电终止电压应根据直流系统中直流负荷允许的最低电压值和蓄电池个数来确定，但不得低于产品规定的最低允许电压值。计算公式如下：
其中：
Un直流系统标称电压;
Uf为单体蓄电池浮充电电压;
Um为蓄电池终止放电电压;
n为蓄电池个数。
4.2 蓄电池容量计算方法
DL/T5044-2004标准蓄电池容量计算方法有电压控制法和阶梯计算法两种。
4.2.1 电压控制法
计算公式如下：
其中：
Cc为蓄电池计算容量;
Csx为事故状态下需要的放电容量;
Kk为可靠系数;
Kcc为蓄电电池放电容量系数。
4.2.2 阶梯计算法
阶梯计算法首先按负荷阶梯分段予以计算，取其中计算容量最大者;当有随机负荷时，随机负荷单独计算所需容量，并叠加在第一阶段以外的计算容量最大的放电阶段，然后与第一阶段选择计算容量比较后取其大者。与IEEE标准中计算方法类似，此处不再赘述。
5 不同计算标准之间的差异与联系
由以上可以看出，IEEE标准对于铅酸蓄电池和镍镉蓄电池计算方法总体上是一致的，标准计算表格也基本相同，DL/T5044-2004标准中的阶梯计算法与IEEE标准也是一致的，但电压控制法为DL/T5044-2004标准独有。海洋平台导航系统要求运行时间较长，负荷-时间阶梯曲线复杂，使用阶梯计算法过于繁琐，可以采用电压控制法进行容量计算。
5.1 蓄电池数量选择比较
IEEE1115标准对镉镍蓄电池数量选择方法与DL/T5044-2004标准总体是相同的，两者的区别主要在于对浮充电时允许的蓄电池组最高电压不同。DL/T5044-2004标准按105%Un考虑，主要是因为DL/T5044-2004主要针对变电所直流操作电源，更多的是出于满足直流供电设备额定电压的要求;IEEE1115按直流系统允许的最大电压考虑，这个最大电压主要决定于直流供电设备允许的最大电压。
5.2 i EEE标准中对于铅酸电池和镍镉电池寿命系数的选取
对于铅酸电池，IEEE485标准中规定电池寿命系数至少取1.25。因为一般认为当铅酸电池容量下降到标称容量的80%时，即到了铅酸电池的寿命“拐点”，随后铅酸电池的放电能力将急速下降，IEEE450标准中也建议当铅酸电池容量下降到标称容量的80%时应更换电池。
由于镍镉电池寿命较长，并没有类似铅酸电池的寿命“拐点”，故IEEE1115标准中并没有类似规定，镍镉电池寿命系数的选取应根据电池的设计使用寿命、使用温度、放电频率和深度等因素综合考虑来选取。
5.3 i EEE标准中对于铅酸电池和镍镉电池温度系数的选取
从IEEE485标准计算表格中可以看出，对于铅酸蓄电池，温度系数Ct作为整体被考虑，其选择仅与环境温度有关。而在IEEE1115标准中，温度系数Tt除与温度有关外，还与放电时间有关，所以在标准计算表格中，在不同的放电阶段，均需考虑不同的温度系数。
6 LW3-1项目电池容量计算步骤
6.1 负荷统计
本平台UPS负荷统计如下：
6.2 参数选择
参数选取如下所示：
寿命系数：1.1
设计裕量：1.08
电池类型：Ni-Cd
UPS直流侧电压范围：335V-495V
电池充电电压：1.55V
逆变器效率：94%
6.3 电池数量计算
电池数量=最大系统电压单个电池充电电压=495v1.55=319.4
选取319块。
电池放电终止电压=
6.4 容量计算
连续性负荷电流为：
利用IEEE标准计算表格计算如下：
计算结果如下：
电池数量：319块
电池终止放电电压：1.05V
电池容量：248AH
7 结语
作为海洋平台电力系统的重要组成部分，蓄电池的正确选型及使用对保证平台设施、人员安全有着至关重要的作用。我国海域富裕辽阔，各个海域环境条件相差很大，结合海洋平台的特殊环境，蓄电池的选型和容量计算要严格按照相关标准规范的规定。蓄电池组的使用环境决定我们不能忽视温度调整系数;蓄电池组的使用寿命决定我们不能忽视安全系数。同时要密切关注蓄电池的发展方向及最新技术，使之更好的为保证平台设备、人员安全的目标服务。
参考文献
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[5]龙军.浅谈印度某发电工程镉镍蓄电池选择计算[J].四川电力技术, 2012.
电池容量检测论文 篇6
关键词：风电,功率预测,电池容量,修正
1 引言
风电机组的输出功率取决于风速,由于风速的间歇性和随机性,使得风电机组的输出功率呈现较大的波动性,这样的功率接入电网影响电网的电能质量[1]。储能系统能够动态吸收能量并适时释放,可以有效弥补风电的波动性,改善风电输出,提高系统对风电的接纳能力[2,3]。电池储能系统响应时间极短、单位体积小、系统设计的灵活性大,是目前比较经济和容易实现的储能技术,因而在风力发电领域获得广泛的应用[4]。其中,容量配置是一个关键问题。若储能容量过小,影响输出波动平抑效果,如果过大,储能电池可能长期处在充电不足的状态,影响电池的寿命[5]。同时,储能系统的造价比较昂贵,通常只能利用有限容量的储能系统来优化风电场的功率输出[6]。如何在改善并网风电场的电能质量、增强系统稳定性的前提下,有效减小电池储能系统容量,成为了关键问题[7]。
目前,国内外已有相关文献对电池容量需求进行了研究[8,9,10]。文献[11] 指出电池储能系统利用预测功率可以在快速风速扰动下平滑风电场输出,并且以功率预测值作为输出期望,结合遗传算法得到电池储能系统的最佳容量。文献[12] 中风机输出功率通过滤波器得到目标功率值,以此控制电池运行,计算出电池容量。根据提出的控制策略,以某风力发电厂连续3个月的运行数据为基础,使得该风场的输出波动控制在装机容量的10%以内。并且得出当预测周期为4h,风电场规模和储能系统保持在1/0.25较为适宜的结论。
尽管文献[11]表明,对风电功率进行预测可以减小电池储能系统的容量需求,但该方法的有效性依赖于预测的精确度。当预测功率与实际输出偏差较大时,如果还是完全按照预测功率进行电池储能系统的充放电控制,会导致电池储能系统较大的容量需求。本文针对预测误差情况进行分析,提出一种对超短期预测功率进行修正的方法,并利用实际风力发电机48h输出数据和PSCAD进行仿真,验证该方法的可行性和有效性。
2 电池储能系统平滑风电功率波动控制
2.1 传统的电池平滑输出控制
安装储能系统是平抑风电功率波动的有效途径。根据风电功率的平滑度要求设定平滑功率上下限,控制蓄电池的充放电运行,以平滑风电输出。定义平滑度为:
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式中,Pb为某时段风电输出功率的参考值;Pmax和Pmin分别为该时段内的功率平滑上下限。设定Pb=0.5(Pmax+Pmin),则
undefined
电池充放电控制步骤如下:
(1) 当实际输出功率P>Pmax时,电池充电;当P
(2) 当电池充满时,停止充电;当电池达到最大放电深度时,停止放电。
2.2 基于风功率预测的电池平滑输出控制
将某时段分为n个周期,每个周期的功率参考值为该周期的功率预测值。此时的电池充放电控制如下:
(1) 根据设定的β值及第i个周期的预测功率Pib通过式(2)计算得到该周期功率平滑上下限Pimax、Pimin;判定i周期的实际输出功率P:当P>Pimax时,电池充电;当P
(2) 同样,当电池充满时,停止充电;当电池达到最大放电深度时,停止放电。
3 电池容量需求及误差分析
3.1 一般电池容量需求计算
电池的荷电状态SOC用来反映电池储能系统的剩余容量,其数值上定义为电池的可用剩余容量和额定容量的比值:
undefined
其中,Qt为电池的可用剩余容量;Qb为额定容量。
设SOCmax,SOCmin为某时段电池荷电状态的最大值和最小值。则该时段电池容量需求Q为:
undefined
其中,V为电池电压。
3.2 基于预测功率的电池容量需求计算
基于预测功率计算电池容量需求时,本文设定预测周期为1h,SOCimax、SOCimin(i=1……n)为n个周期中各个周期荷电状态的最大、最小值。此时上述时段电池的容量需求Q′为:
undefined
图1为对应于传统电池平滑控制和基于预测功率的电池平滑控制的仿真图。从图中可以看出,加入功率预测后,SOC整体变化减小,根据仿真数据得到Max(SOCimax-SOCimin)=0.0085,利用式(5)计算得到所需电池容量,其与2MW风机的容量比值为18.2%。
3.3 大容量需求产生原因分析
尽管利用功率预测系统可以减小电池储能系统的需求容量,但其有效性依赖于预测精度。
图2 为风力发电机的某段时间的实际输出和预测输出。
从图2中可以看出,在某些周期,预测值明显偏离实际输出。究其原因主要是因为预测值取决于历史数据,当输出功率变化平缓时,得到的预测值误差小,一旦输出功率发生突变,此时的预测值就存在很大的误差。t1～t2,t8～t9这些周期较大的预测误差正是显著风速变化引起了输出功率突变,从而导致电池较大的需求容量。下文给出了一种预测功率修正方法,使得电池容量能够进一步减小。
4 基于预测功率修正的电池容量需求分析
4.1 预测功率修正原理
为了避免电池的荷电状态在整个运行过程中起伏较大,同时尽量避免较大预测误差而造成电池储能系统过大的容量需求,本文研究了预测功率动态修正技术。
图3中,t2～t3时段对预测功率进行了修正。可以看出修正后阴影部分面积变小,相应减小了电池充电需求容量。对应于该图的SOC变化如图4所示。
4.2 预测功率修正方法
以4个周期为一个单元,将48h分为12个单元。如图5所示,以第m单元为例,SOCm为该单元结束时刻较起始时刻的SOC变化值。
在第m+1个单元补偿SOCm,该单元中每个周期的功率修正量为:
undefined
设第i周期的原预测功率为Pi,则修正后第i个周期的预测功率
undefined
其中,
undefined
。
4.3 特殊情况容量需求修正技术
利用上述修正方案进行仿真,发现修正前,SOC变化较大的周期中,在修正后其中某些周期SOC变化仍然较大。经过分析,可能由以下两种情况造成:
(1) 功率修正不合理。如图6中第i+1个周期(ti-1～ti)的功率修正情况。期望修正后的预测值应大于原预测功率,电池可以少充电,而实际修正后的预测功率小于原预测值,电池较修正前充了更多的电,导致该周期的SOC变化更大。
(2) 该周期的实际功率变化较大,而功率修正量较小,如图6中第i个周期(ti～ti+1)的功率修正情况。由于该周期的功率波动较大,导致该周期的SOC变化较大。
设未修正预测功率时,电池的需求容量为Q,给定一个小于1 的系数α。检测第i周期当前的SOC变化值ΔSOCi,当ΔSOCi>Qα倍,说明此时的荷电状态变化大于设定的裕度值,此时将修正后的预测功率按前一个采样点的实际输出功率进行修正。针对某一单元的功率修正,给出流程图如图6所示。
根据第4.2和4.3节提出的功率修正方案,对预测功率进行修正。通过仿真得到功率修正后的SOC变化曲线,并与功率修正前的SOC变化曲线进行比较。如图7所示。
如图7所示,预测功率修正前,48h内SOC为0.0217。对预测功率进行修正后,48h内SOC的最大值为0.8078,最小值为0.7943,整个过程SOC的变化ΔSOC=0.0121,较未修正时的0.0217明显减小。同时,修正后Max(SOCimax-SOCimin)=0.0071,所需电池容量和风机容量的比值为15.2%,小于未修正时的容量需求。
5 结论
电池储能系统可以平滑风电场输出,降低风电波动,同时预测系统又可以减小对电池储能系统的容量需求。但当预测误差比较大时,电池需求容量仍然较大。本文通过分析大容量需求产生的原因,提出一种对预测功率进行修正,以进一步减小电池容量需求的方法。根据仿真结果可知:预测功率修正之前,所需电池容量和风机容量的比值为18.2%,修正后,电池容量需求容量和风机容量的比值为15.2%,从而使得配置容量能够进一步减小。
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电池容量检测论文 篇7
测定铁含量的方法有很多种,但归纳起来分为三类,即原子吸收光谱法[2]、分光光度法[3]和容量法[4,5],目前原子吸收光谱法和分光光度法主要用于微量铁含量测定,用于主含量铁测定的主要采用容量法。本文以重铬酸钾容量法测定电池用磷酸铁中总铁含量,在借鉴传统标准分析方法的基础上,分别采用甲基橙作氧化还原预处理指示剂和三氯化钛作还原剂进行对比试验验证,从而确定了电池用磷酸铁中铁含量测定的理想方法。
1 实验部分
1.1 方法原理
(1)方法一:在盐酸介质中,用二氯化锡将铁(Ⅲ)还原成铁(Ⅱ),然后加入甲基橙以除去过量的氯化亚锡,用二苯胺磺酸钠为指示剂,用重铬酸钾标准滴定溶液滴定铁(Ⅱ)至溶液呈稳定的紫红色即为终点,根据重铬酸钾标准滴定溶液消耗量计算得铁含量。该法中的甲基橙用作氧化还原预处理指示剂[6]:略微过量的二氯化锡能把甲基橙还原成氢化甲基橙,并能进一步使氢化甲基橙还原成N,N-二甲基对苯二胺和对氨基苯磺酸钠,从而使略微过量的二氯化锡被消除,由于反应是不可逆的,不影响滴定。
(2)方法二:在盐酸介质中,用二氯化锡将试验溶液中的大部分铁(Ⅲ)还原成铁(Ⅱ),必要时滴加过氧化氢消去过量的锡(Ⅱ),以钨酸钠溶液为指示剂,以三氯化钛进一步将铁(Ⅲ)还原成铁(Ⅱ),过量的钛(Ⅲ)还原钨酸根(WO42-)生成“钨蓝”,用重铬酸钾氧化钨蓝使蓝色恰好褪去。然后以二苯胺磺酸钠为指示剂,用重铬酸钾标准滴定溶液滴定溶液呈稳定的紫红色即为终点,根据重铬酸钾标准滴定溶液消耗量计算得铁含量。
1.2 主要试剂
盐酸(分析纯);硫酸-磷酸混合溶液;氯化亚锡溶液(50 g/L、100 g/L);三氯化钛溶液(2%);重铬酸钾标准滴定溶液[c(1/6K2Cr2O7)=0.05 mol/L];甲基橙指示剂(1 g/L);二苯胺磺酸钠指示剂(5 g/L);钨酸钠指示液(10%);实验用水(二级)。
1.3 试验溶液的制备
称取4 g过筛后的试样,精确至0.000 2 g,置于250 m L烧杯中,用少量水润湿,加入25 m L盐酸,盖上表面皿,在通风橱中低温加热溶解,用少量水冲洗表面皿,冷却后用慢速滤纸过滤,滤渣用水洗涤5~7次,滤液转移至250 m L容量瓶中,稀释至刻度,摇匀。
1.4 测定
(1)方法一:用移液管移取15 m L试验溶液(1.3)置于250 m L锥形瓶中,加8 m L盐酸,加热至近沸,加入6滴甲基橙指示液,趁热边摇动锥形瓶边逐滴加入氯化亚锡溶液(100 g/L),溶液颜色由橙变红。再逐滴滴加氯化亚锡溶液(50 g/L),使溶液变为淡粉色,再摇几下直至粉色褪去。立即流水冷却,加50 m L经煮沸冷却后的水,20 m L硫酸-磷酸混合溶液,2~3滴二苯胺磺酸钠指示液,用重铬酸钾标准溶液滴定到稳定的紫红色为终点。同时进行空白试验。
(2)方法二:用移液管移取15 m L试验溶液(1.3)置于250 m L锥形瓶中,加8 m L盐酸,加热至近沸,趁热边摇动锥形瓶边逐滴加入氯化亚锡溶液,至溶液颜色由棕黄色变为浅黄色。加4~5滴钨酸钠指示液,边摇边逐滴滴加三氯化钛溶液,至溶液呈浅蓝色。立即流水冷却,加50 m L水,用重铬酸钾标准滴定溶液滴定至蓝色刚好褪去(一般1~2滴,不记读数)。加水稀释至100 m L,加入10 m L硫酸-磷酸混合溶液,3~4滴二苯胺磺酸钠指示液,用重铬酸钾标准滴定溶液滴定至稳定的紫红色为终点。同时进行空白试验。
2 结果与讨论
2.1 分析结果的计算
铁含量以铁(Fe)的质量分数w计,按公式(1)计算:
式中:V0———滴定空白试验溶液所消耗的重铬酸钾标准滴定溶液的体积的数值,m L
V1———滴定试验溶液所消耗的重铬酸钾标准滴定溶液的体积的数值,m L
c———重铬酸钾标准滴定溶液的浓度的准确数值,mol/L
m———试料的质量的数值,g
M———铁的摩尔质量的数值(M=55.85),g/mol
2.2 试验结果
2.2.1 样品累积试验数据
选取了十个电池用磷酸铁样品,分别采用方法一和方法二对十个样品进行了样品累积验证试验和对比试验,每个样品平行测定两次,试验测定结果如表1和表2所示。
2.2.2 试验对比数据及误差
根据表1和表2所得试验测定结果,可计算出方法一和方法二的平均差值(以方法二平均铁含量减方法一平均铁含量)以及两方法相对平均偏差,结果如表3所示。
2.2.3 结果分析
电池用磷酸铁(Fe PO4·2H2O)中铁含量的理论真值为29.89%,从表1和表2的实测数据来看,方法一和方法二的测定结果具有可比性,均可用于电池用磷酸铁中铁含量的测定。但是表3数据显示两方法差值中正偏差较多,即方法二的测定结果高于方法一的测定结果,其所测定的结果更接近理论真值,因此方法二的准确度更高;而且通过相对平均偏差的计算可以看出,方法二的相对平均偏差更小,精密度更高。另外,值得注意的是在实验过程中,方法二采用Ti Cl3还原Fe3+的终点比方法一采用甲基橙更加稳定和更容易判断。
3 结论
电池容量检测论文 篇8
引领电池技术发展方向
美国西北大学教授Harold Kung与他的研究团队指出, 在充电效率方面, 该技术的关键在于锂离子在石墨烯层间的流动状态——离子在其中的流动速度直接影响到充电速度的快慢。而为了加速流动速度, 该团队研究出改变石墨烯排列, 使其成为数百万个只有10nm～20nm大小的蜂槽型柱状体, 制造出更适合锂离子流动的“快速快捷方式”。也因为如此, 该团队实现将原来电池充电时间缩短到1/10的成绩。
在充电容量方面, 该团队研究将小群的硅 (Silicon) 置入石墨烯层之间, 达成提升电池内部锂离子的密度的效果。归功于石墨烯所提供高延展特性, 这样的技术突破也使聚集在电极附近锂离子更多, 也因此使因为硅膨胀所造成的老问题获得解决。如此一来, 这颗使用新技术的电池在完全充满电之后, 使用时间将可整整维持一周。“如今我们即将在双方面都得到最佳表现。”Kung表示, 因为硅技术的进步, 业界获得更高的蓄电密度, 甚至就算硅团簇 (Silicon Clusters) 分离也不会造成硅的消失。
新技术仍需完善
不过此技术仍有尚待改进之处——新电池会在充电150次后, 效率急剧下滑。但Kung也指出增加电池的充电保持 (Charge Retention) 能力将足以弥补这样的缺点, “即使仍维持150次的充电次数表现, 但寿命也可达一年或更久, 更别说电池在此之后仍拥有现有锂电池的五倍效率”。